Cơ sở thiết kế nhà máy - Phần 2 Thiết kế kiến trúc công nghiệp - Chương 4 pdf

CHƯƠNG 4 CHI TIẾT CẤU TẠO NHÀ CÔNG NGHIỆP 4.1 Nền móng và móng nhà công nghiệp 4.1.1 Nền móng * Nền móng là lớp ñất dưới móng, chịu toàn bộ tải trọng của công trình tác dụng vào.. 4.1.2

CHƯƠNG 4 CHI TIẾT CẤU TẠO NHÀ CÔNG NGHIỆP

4.1 Nền móng và móng nhà công nghiệp

4.1.1 Nền móng

* Nền móng là lớp ñất

dưới móng, chịu toàn bộ tải trọng

của công trình tác dụng vào

* Hiện tượng lún: do tải

trọng của công trình quá lớn, nền

ñất quá yếu, làm to dần vùng biến

dạng dẽo, dẫn ñến phá vỡ sự cân

bằng áp lực giữa tải trọng của

công trình và cường ñộ chịu lực

của nền móng

* Nguyên nhân gây ra hiện

tượng lún:

- Về chủ quan:

• Do sự khảo sát và thăm dò nền ñất không chính xác

• Do thiết kế tính toán công trình sai

• Do thi công công trình không ñúng theo thiết kế

- Về khách quan: do sự ñột biến không theo dự kiến kiến tạo công trình

* Biện pháp khắc phục:

Làm nền móng nhân tạo bằng cách thay thế lớp ñất yếu bằng lớp ñất cứng hoặc cát, sỏi, ñá dăm, gạch vỡ ñầm chặt, hoặc phun vữa xi măng (xi măng hoá) hoặc phun vữa silicat (silicat hoá nền móng)

Dùng hệ thống cọc (tre, gỗ, bê tông cốt thép, thép) ñóng dưới nền móng, rồi xây móng lên trên ñể cải tạo nền móng

4.1.2 Móng nhà công nghiệp

4.1.2.1 Yêu cầu:

Móng là bộ phận dưới cùng của nhà, có nhiệm vụ truyền tải trọng của nhà lên ñất nền, cần bảo ñảm các yêu cầu sau:

- Bền vững, ñủ chịu áp lực của công trình, không bị lún, lật khi tăng tải trọng

vô ích (gió mưa)

- Cấu tạo ñơn giản, dễ thi công, có khả năng sửa chữa, gia cố khi cần thiết

Nền móng 2,5 kg/m2

Vùng biến dạng dẽo

Kết cấu chịu lực

ðường ñồng ứng suất Móng

Hình 4.1

4.1.2.2 Phân loại: có nhiều cách phân loại

1) Dựa theo vật liệu chế tạo:

- Móng gạch

- Móng ñá

- Móng bê tông và bê tông cốt thép

2) Dựa theo chiều sâu chôn móng:

- Móng nông (móng ñặt trên nền thiên nhiên)

- Móng sâu

3) Dựa theo hình thức và cách truyền tải:

a) Móng ñơn (móng ñộc lập, móng dạng cốc): là loại móng riêng biệt, nằm phía dưới mỗi cột

Bảng 4.1

Kích thước cột,

mm

Kích thước tối thiểu của móng, mm

300

400

600

800

800

300

400

400

400

500

800

900

1100

1300

1300

800

900

900

900

1000

1300

1400

1600

1800

1800

1300

1400

1400

1400

1500

600

650

850

1050

1050

300

H

h

a a1

d

b c1 c Hình 4.2

b) Móng băng: là dạng móng chạy dài suốt tường chịu lực hoặc hàng cột chịu lực

Áp dụng cho các công trình nhỏ, cường ñộ chịu lực không lớn

Góc α phụ thuộc vào vật liệu xây móng

α = 26o30’ : móng gạch vữa tam hợp

α = 33o30’ : móng gạch vữa xi măng

α = 45o : móng bê tông và bê tông cốt thép

c) Móng bè: trải trên toàn bộ bề mặt diện tích công trình

Dùng ñể xây các công trình trên nền ñất quá yếu

Rất hạn chế dùng vì tốn nhiều vật liệu

4.2 Khung nhà công nghiệp một tầng

4.2.1 Cột

Tác dụng của cột là truyền tải trọng trên mái, tải trọng cầu trục, kết cấu bao che, tải trọng gió truyền xuống móng

4.2.1.1 Phân loại:

1) Căn cứ vào vật liệu:

- Cột thép: thép chữ I, théo chữ ⊂⊂⊂, thép ghép

- Cột bê tông cốt thép

2) Căn cứ vào vị trí:

- Cột biên (cột bên, cột giữa)

α

Hình 4.3

Hình 4.4

- Cột chống gió ñầu hồi

3) Căn cứ vào công dụng:

- Cột nhà không có cầu trục (không có vai)

- Cột nhà có cầu trục (cột có vai)

4) Căn cứ vào hình dáng: cột 1 thân, cột 2 thân

4.2.1.2 Cấu tạo

1) Cột 1 thân bê tông cốt thép

Dùng cho nhà không có cầu trục và chiều cao

nhà H ≤ 9,6 m

2) Cột 1 thân bê tông cốt thép

Dùng cho nhà có cầu trục tải trọng Q ≤ 30 T

3) Cột 2 thân bê tông cốt thép nhà có cầu trục:

Cột bê tông cốt thép ñược sử dụng trong nhà công nghiệp chiếm 80%

4.2.2 Dầm móng:

* ðể nâng cao tốc ñộ thi công, trong nhà xưởng kiểu lắp ghép móng của tường bao che (hoặc tường ngăn dọc nhà) ñược thay bằng dầm móng

1-1

400 500

400

600

3-3

600

700

2-2

400 500 600

1000

1200

1400

200

4-4

400 500 600

1400

1800

300

1 1 3 3

2 2 4 4

1000÷1600

1-1

400 500

400

600

2-2

400 500

400

600

800

3-3

400 500 600

600

800

1 1 1 1

3

3

2

2

H 2

H 1

1000

300

400

500

600

Tiết diện của cột

H

900

H (theo H của nhà)

* Vị trí: dầm móng tựa trực tiếp lên móng, tuỳ theo vị trí tường mà dầm móng có thể ñặt ở mặt ngoài, mặt trong hoặc khoảng giữa các cột

Tại nơi có bố trí lối ra vào cho ô tô, tàu hoả thì không ñược ñặt dầm móng

* Cấu tạo dầm móng:

Chiều dài dầm móng phụ thuộc bước cột và vị trí ñặt móng

Dầm móng thường có tiết diện chữ nhật, hình thang ngược hoặc chữ T và làm bằng bê tông cốt thép

4.2.3 Kết cấu chịu lực mái

Kết cấu mang lực mái ñược làm bằng bê tông cốt thép hoặc thép

Việc lựa chọn chúng tuỳ thuộc loại mái, nhịp và bước cột của nhà

4.2.3.1 Kết cấu chịu lực mái bằng bê tông cốt thép

ðược sử dụng khi bước cột B = 6; 12 m và nhịp L ≤ 36 m

ðược chia làm hai nhóm: dầm và giàn

1) Dầm bê tông cốt thép:

ðược sử dụng khi nhịp nhà L = 6; 9; 12; 18; 24 m

- Dạng chữ nhật cánh song song, khi L = 6 ÷18 m

- Dạng hình thang khi nhịp L ñến 24 m

5950,11950

200

400

250

300

400

200

400 Tường

Dầm móng

Cột ±0,000

-1,600

2) Giàn bê tông cốt thép:

ðược sử dụng cho nhịp nhà L = 18 ÷ 36 m, nhưng kinh tế nhất là loại L = 24,

30 m

Thường sử dụng giàn bê tông cốt thép loại hình thang hoặc cánh cong ñể thoát nước mưa dễ dàng (phù hợp với ñiều kiện Việt Nam)

Ngoài ra còn có giàn ña giác, giàn tam giác

4.2.3.2 Kết cấu mang lực mái bằng thép

Kết cấu bằng thép cũng chia làm hai nhóm: dầm và giàn thép

1) Dầm thép:

ðược sử dụng khi nhịp nhà L ≤ 18 m, có dạng hình chữ nhật, hình tam giác, hình thang 1 dốc, 2 dốc

i=1/12

18, 24, 30

18, 24, 30

2

1

1

6, 9, 12

1-1

280

12, (15), 18, 24

2-2 90

280

200

300

280

420

2) Giàn thép:

ðược sử dụng khi nhịp nhà lớn hơn L > 18 m

Có rất nhiều dạng: giàn tam giác, giàn hình thang

4.3 Kết cấu chịu lực nhà công nghiệp nhiều tầng

4.3.1 Móng và dầm móng:

Móng cột và dầm móng tường trong khung sàn có dầm lắp ghép có cấu tạo tương tự như móng nhà công nghiệp 1 tầng

4.3.2 Cột

Cột trong khung nhà nhiều tầng ñược chia làm 2 loại: cột biên và cột giữa 1) Trong khung bê tông cốt thép, cột có thể ñược chế tạo với chiều dài bằng chiều cao một hay hai, ba tầng (tuỳ thuộc khả năng cẩu lắp) Thông thường là loại cột có chiều dài bằng chiều cao 2 tầng nhà

Khi nối cột thì chổ nối cách mặt sàn 0,6 – 0,7 m ñể dễ thi công

Cột ñược chế tạo từ cốt thép khung hàn, mác bê tông 200÷500

2) Trong khung thép, cột thép thường có tiết diện chữ I, chiều dài cột thép lắp ghép có thể lấy bằng ñộ cao của hai, ba tầng nhà (khoảng 8 -15 m)

4.3.3 Một số giải pháp kết cấu sàn:

1) Khung có dầm bê tông cốt thép lắp ghép

ðược sử dụng rộng rãi nhất cho các nhà công nghiệp cao 5 – 6 tầng

Kích thước lưới cột 6x6 m và 9x6 m (ñôi khi 12x6 m)

1,5 %

* Ưu ñiểm:

- Thi công nhanh

- Tiết kiệm ñược nguyên vật liệu

- Giá thành rẽ, công trình nhẹ

* Nhược ñiểm:

- Dễ bị ăn mòn ở những mối ghép

- Khả năng chịu lực kém

- Tất cả các cấu kiện ñược ñịnh hình hoá, sản xuất sẵn và lắp ghép tại hiện trường

Kích thước tấm sàn: 6000x1200; 6000x1500

2) Khung có dầm bê tông cốt thép toàn khối:

Toàn bộ kết cấu của nhà chủ yếu là kết cấu chịu lực ñược làm ván khuôn và

ñổ bê tông cốt thép tại chổ

* Ưu ñiểm:

- ðộ ổn ñịnh cao, chịu tải trọng lớn

- Khả năng chống ăn mòn lớn

- Tốn ít thép khi liên kết

- Dễ chừa những lỗ thủng trên sàn khi cần thiết ñặt máy

* Nhược ñiểm:

- Thi công chậm, khó ñáp ứng công nghiệp hoá xây dựng

- Giá thành cao

Dầm chính

1

1

1-1

Ngoài ra còn có một số giải pháp khác:

- Khung có dầm lắp ghép bằng thép

- Khung bê tông cốt thép không dầm

4.4 Kết cấu bao che nhà công nghiệp

* Kết cấu bao che nhà công nghiệp bao gồm hai nhóm chính sau:

- Kết cấu bao che theo phương ñứng: tường, cửa sổ, cửa ñi

- Kết cấu bao che theo phương ngang: mái, cửa mái

* Cơ sở chủ yếu ñể thiết kế cấu tạo kiến trúc kết cấu bao che nhà công nghiệp là ñặc ñiểm công nghệ sản xuất bên trong, tính chất công trình, ñặc ñiểm khí hậu ñịa phương

4.4.1 Kết cấu bao che thẳng ñứng:

4.4.1.1 Tường:

1) Phân loại:

a) Theo giải pháp kết cấu, phân thành:

- Tường chịu lực

- Tường cách nhiệt, cách âm

- Tường treo (ngăn cách, lưỡng)

b) Theo vật liệu cấu tạo, phân thành:

- Tường gạch xây

- Tường panen bê tông cốt thép

- Tường từ tấm nhẹ (tôn, phibrô xi măng )

c) Theo vị trí ñặt tường:

- Tường ngoài, tường dọc, tường ngang

- Tường ñầu hồi

- Tường ngăn

2) Yêu cầu:

Dầm chính Dầm phụ

Sàn bê tông cốt thép

- Phù hợp với yêu cầu sản xuất và ñiều kiện tiện nghi cho người lao ñộng

- Chịu ñược sự thay ñổi môi trường bên ngoài

- Không cháy và chịu ñược sự ăn mòn

- Phù hợp với yêu cầu công nghiệp hoá xây dựng

- Phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc

- Có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý

3) Kết cấu tường:

a) Tường bằng gạch:

Tuỳ theo ñộ dày gọi là tường 11, 22, 33 (cm)

Tường 11 thường làm tường ngăn

Tường 22, 33 làm tường chịu lực Tường chịu lực ñược xây trên móng bằng gạch, ñá hoặc bê tông cốt thép

b) Tường bằng panen bê tông cốt thép:

Gồm 2 loại: tường cách nhiệt và tường không cách nhiệt Mặt ngoài có thể trang trí bằng các chất liệu khác

Gồm các tấm panen cao 1,2 m; 1,5 m; 1,8 m, dài 6m hoặc 12 m, rộng ñến

300 mm, có mác bê tông 200 – 400

Từ các tấm panen ñiển hình, chúng ta có thể tổ hợp thành những mặt ñứng toà nhà công nghiệp phù hợp với yêu cầu chức năng bên trong

c) Tường bằng tấm nhẹ:

Tường bằng tấm nhẹ (tôn, phibrô ximăng .) ñược sử dụng cho các nhà xưởng không yêu cầu cách nhiệt, cho xưởng cần thoát nhiệt, cho các xưởng có nguy

cơ nổ, các tường dễ tháo lắp

Thường ñược liên kết vào cột bằng bulông hoặc hàn

ðể bảo vệ chân tường khỏi bị hư hỏng do va chạm, phần chân tường cao 1,2 – 2 m có thể làm bằng gạch hay bê tông cốt thép

4.4.1.2 Cửa sổ, cửa ñi, cửa cổng nhà công nghiệp

1) Cửa sổ:

a) Phân loại:

* Theo chức năng, phân thành:

- Cửa chiếu sáng: làm bằng kính cố ñịnh

- Cửa thông gió: làm bằng chớp gỗ, kim loại, nhựa cố ñịnh

- Cửa hỗn hợp: làm bằng cửa kính xoay theo trục ñứng, ngang, cửa kính lùa

* Theo hình thức, phân thành:

- Cửa sổ gián ñoạn: thường sử dụng cho các nhà có kết cấu tường chịu lực, cho các xưởng có yêu cầu ánh sáng không nhiều

- Cửa băng ngang một hoặc nhiều lớp: dùng cho xưởng cần nhiều ánh sáng

- Cửa sổ băng ñứng: cho ánh sáng tốt nhưng không ñồng ñều

- Cửa sổ mảng lớn

Trong ñiều kiện khí hậu Việt Nam nên dùng loại cửa kính lật trục ngang ở giữa hoặc ở trên ñể vừa chiếu sáng, thông gió tự nhiên tốt ñồng thời chống ñược mưa hắt

b) Cấu tạo:

b = 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 6 m

b = 6m khi dùng tấm tường bằng bê tông cốt thép và ñồng thời cửa sổ làm bằng những tấm kính băng dài 6 m

2) Lỗ thoáng:

a) Mục ñích: ñể tạo dòng ñối lưu không khí và tạo ánh sáng cục bộ

b) Hình thức:

- Là cửa mở sát nền nhà hoặc trần nhà

- Có thể bố trí dạng vuông hay chữ nhật chạy dài theo nhà và làm những tấm che nghiêng

ñể che mưa, che nắng

Cửa quay theo trục

ngang giữa

Cửa mở theo trục ngang trên

Cửa mở theo trục ngang dưới

b

6000

3) Cửa ñi, cửa cổng nhà công nghiệp:

a) Cửa ñi:

* Mục ñích: ñược sử dụng ñể công nhân ñi lại hoặc dùng ñể thoát người

* Kích thước: ñược xác ñịnh tuỳ thuộc vào số lượng cửa, số lượng công nhân viên ñi lại, yêu cầu thoát người

Trường hợp (1): dùng trong phân xưởng có bố trí xe ñiện ñộng

Trường hợp (2): dùng trong phân xưởng có bố trí ô tô qua lại

Trường hợp (3): dùng trong phân xưởng có bố trí ô tô vào không thẳng góc với phân xưởng

Trường hợp (4): dùng trong phân xưởng có bố trí ñường sắt hẹp (1 m)

Trường hợp (5): dùng trong phân xưởng có bố trí ñường sắt rộng (1435)

* Hình thức cửa: có nhiều loại:

3000

2000

Cao x Rộng (3) 3000 x 4000 (4) 4200 x 4000 (5) 5000 x 5400

Ngoài ra còn có các loại: cửa nâng, cửa cuốn, cửa xếp ngang, cửa gấp

* Cấu tạo: Cửa có thể làm bằng gỗ, gỗ khung thép hay bằng kim loại

b) Cửa cổng:

* Mục ñích: ñược sử dụng cho các phương tiện vận chuyển hàng hoá và người làm việc qua lại

* Kích thước: ñược xác ñịnh theo yêu cầu của sản xuất và phải cao hơn và rộng hơn thiết bị vận chuyển từ 0,4 ÷ 1 m

4.4.2 Kết cấu bao che nằm ngang:

4.4.2.1 Mái nhà công nghiệp:

1) Phân loại:

a) Theo vật liệu làm mái: chia thành

- Mái bằng bê tông cốt thép (mái nặng)

- Mái bằng các tấm lợp nhẹ (mái nhẹ)

b) Theo ñộ dốc:

- Mái bằng với ñộ dốc i = 1/8 ÷ 1/12 làm bằng bê tông cốt thép

- Mái dốc với i>1/8 làm bằng bê tông cốt thép hoặc tấm nhẹ

- Mái phẳng i = 0% dùng ñể chứa nước cách nhiệt

c) Theo tính cách nhiệt:

- Mái cách nhiệt: dùng cho nhà có ñộ cao tầng <6 m và có yêu cầu bảo ôn bên trong

- Mái không cách nhiệt: dùng cho nhà có ñộ cao tầng > 6 m và không cần chế ñộ bảo ôn

d) Theo sơ ñồ kết cấu:

- Mái kết cấu phẳng: gồm mái bê tông cốt thép và vật liệu nhẹ, kết cấu bao che và kết cấu chịu lực ñộc lập

- Mái kết cấu không gian: kết cấu chịu lực ñồng thời là kết cấu bao che 2) Yêu cầu:

- Có ñộ bền vững cao, phù hợp với yêu cầu sản xuất

- Có khả năng thoát nước nhanh, chống thấm tốt

- Thoả mãn yêu cầu công nghiệp hoá xây dựng

- Có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý

3) Kết cấu mái:

a) Mái bê tông cốt thép:

Cấu tạo chung của mái bê tông cốt thép gồm 2 phần chính là: lớp chịu lực và các lớp chức năng (chống thấm, cách nhiệt, cách hơi, chống xâm thực )

Lớp chịu lực có thể ñổ toàn khối hoặc lắp ghép

* Mái bê tông cốt thép ñổ toàn khối:

- Ưu ñiểm:

+ Có ñộ bền cao + Tiết kiệm thép

- Nhược ñiểm:

+ Thi công chậm, khó công nghiệp hoá xây dựng + Nặng nề, khó sửa chữa

Thường áp dụng cho các nhà có diện tích mái không lớn hoặc do yêu cầu công nghệ ñòi hỏi Giống mái nhà dân dụng

* Mái bê tông cốt thép lắp ghép:

ðược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì ñáp ứng ñược yêu cầu công nghiêp hoá và xây dựng nhanh chóng

- Kích thước:

Loại panen có kích thước 1,5 x 6 m; 3 x 6 m; 3 x 12 m ñược sử dụng phổ biến, riêng ở Việt Nam thường sử dụng loại panen có sườn thưa, kích thước 1,5 x 6

x 0,3 m do có ưu ñiểm là thiết kế chế tạo ñơn giản, trọng lượng vừa phải

b) Mái bằng tấm lợp nhẹ:

1

1

60

1.1

1

2

3

4

5

(1): Lớp gạch nem δ=20 (2): Lớp vữa lót δ=15 (3): Lớp bê tông lưới thép (4): Panen mái

(5): Dầm chịu lực mái

* Các tấm lợp nhẹ bao gồm:

- Tôn kim loại lượn sóng hoặc gãy khúc

- Tấm phibrô xi măng

- Tấm nhựa cứng tổng hợp

* Loại mái này chủ yếu dùng cho các nhà công nghiệp cần thoát nhiệt, có kết cấu mang lực mái là kèo tam giác hoặc cần xây dựng nhanh

* Cấu tạo chung gồm hai bộ phận chính: xà gỗ và tấm lợp

4.4.2.2 Cửa mái nhà công nghiệp

1) Mục ñích:

Cửa mái ñược sử dụng trong các trường hợp sau:

- Khi các nhà công nghiệp có chiều rộng khá lớn, vượt quá khả năng chiếu sáng và thông gió tự nhiên của cửa sổ

- Dùng cho các phân xưởng nóng, cần tăng cường thoát nhiệt thừa

2) Phân loại:

a) Theo ñặc ñiểm chức năng, phân thành:

- Cửa mái chiếu sáng với hệ thống cửa kính cố ñịnh

- Cửa mái thông gió kiểu cửa chớp, lỗ thoáng hay có cấu tạo ñặc biệt

- Cửa mái hỗn hợp với hệ thống cửa kính ñóng mở ñược

b) Theo hình dáng, phân thành:

- Cửa mái kiểu chồng diêm (chồng mái)

- Cửa mái kiểu răng cưa

- Cửa mái chiếu sáng ñỉnh ñầu kiểu băng hoặc gián ñoạn

Việc lựa chọn kiểu cửa mái trước hết phụ thuộc vào: yêu cầu chức năng sử dụng, ñặc ñiểm khí hậu vùng xây dựng, chế ñộ vi khí hậu cần thiết trong phân xưởng, ñồng thời tính ñến hiệu quả thẩm mỹ và tính hợp lý trong xây dựng

ðối với Việt Nam nên dùng loại cửa mái chồng diêm thẳng ñứng hoặc cửa mái dạng răng cưa cánh thẳng ñứng

3) Cấu tạo:

a) Cửa mái kiểu chồng diêm thường sử

dụng cho các nhà công nghiệp có L>12 m

Nếu L = 12, 15, 18 m → LCM = 6 m

Nếu L 24 m → LCM = 9, 12 m

Chiều cao cánh cửa có thể: 1500 mm,

1200 mm, 1800 mm

L

LCM